Термодинамический анализ производства электрической энергии N=110 МВт теплоты Q_mn=70 Гкал/час методом коэффициента использования топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Термодинамический анализ производства электрической энергии N=110 МВт теплоты =70 Гкал/час методом коэффициента использования топлива

Задание

Тема работы: Термодинамический анализ установок по производству электрической энергии N=110 МВт и теплоты =70 Гкал/час методом коэффициентов использованного топлива.

На основании заданных потребителем мощностей по электрической (N) и тепловой (Q_тп) энергии необходимо выбрать (с обоснованием) наилучший способ производства тепловой и электрической из двух возможных вариантов: комбинированной и раздельной выработки тепловой и электрической энергий.

Исходные данные: давление Р₁ =12 МПа, Р₂ =5 кПа. Температура t₁ =550 ^оС, t_п =140 ^оС, t_обр =60 ^оС, t_пв =180 ^оС. Теплота сгорания топлива =23 МДж/кг. Коэффициенты полезного действия =0.85, =0.9, =0.93. Продолжительность теплового потребления =5000 час/год.

Содержание

Введение

1. Постановка задачи

2. Раздельный способ выработки тепловой и электрической энергии

3. Комбинированный способ выработки тепловой и электрической энергии

Заключение

Список использованных источников

Введение

Промышленные и коммунально-бытовые предприятия, сельское хозяйство, транспорт, население страны используют в основном энергию двух видов: электрическую и тепловую. Выработка этих видов энергии может производиться раздельно, в двух технологических процессах - по одному для каждого вида энергии, или совместно - в одном технологическом процессе.

В первом случае на электрической станции производится один вид продукции - электрическая энергия, которая в централизованном порядке распределяется между потребителями. Такие электростанции в настоящее время оборудуют преимущественно паровыми турбинами, имеющими конденсаторы, и называются они конденсационными электрическими станциями (КЭС). Для снабжения предприятий и удовлетворения коммунально-бытовых нужд населения другим видом энергии - тепловой - строят отдельные котельные, которые отпускают тепло централизованно или в индивидуальном порядке.

Выработка обоих видов энергии - электрической и тепловой - не раздельно, а в едином технологическом процессе дает большие экономические преимущества и осуществляется на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ).

энергия тепловой электрический топливо

1. Постановка задачи

Рассчитать:

1. Выбрать теплоэнергетическую установку (ПТУ) для комбинированной и раздельной выработки электрической и тепловой энергий. В упрощенной схеме ПТУ (без деаэратора) должно быть не менее двух регенеративных подогревателей питательной воды с отборами пара из турбины, в которых вода перед котлом подогревается до температуры .

2. Разработать и изобразить принципиальные тепловые схемы установок комбинированной и раздельной выработки тепловой и электрической энергий.

3. Термический и абсолютный (внутренний) КПД цикла ПТУ.

4. Удельный расход пара на выработку единицы электрической энергии d, кг/кВт?час.

5. Полный расход пара на турбину в единицу времени D, кг/с или т/ч.

6. Расход топлива в единицу времени для выработки тепловой и электрической энергии В, кг/с или т/ч.

7. Расход топлива в год В_год, т/год.

8. Коэффициент использования топлива К_топ.

9. Построить термодинамический цикл ПТУ в координатах Т-S в выбранном масштабе.

10. Сделать выводы и сформулировать инженерные рекомендации.

2. Раздельный способ выработки тепловой и электрической энергии

Определение параметров в характерных точках

Составляем таблицу параметров состояния в каждой характерной точки цикла. Параметры определяются по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара.

Таблица 1 Параметры рабочего тела в характерных точках

Рис. 1 Цикл в диаграмме Ts

1 - пар перед турбиной с параметрами Р₁, t₁; 2 - пар после турбины с параметрами Р₂, t₂; 2_д - действительный пар после турбины с параметрами Р₂, t₂; 3 - конденсат на выходе из конденсатора; - подогретая питательная вода после второго регенеративного подогревателя; 4 - питательная вода перед котельной установкой.

По известному давлению Р₁ =12МПа и температуре Т₁=550 ^оС можем определить энтропию S₁ и энтальпию H₁ Это можно сделать в программе «Диаграмма воды и водяного пара v2.4». В точке 2 у нас известно Р₂=5кПа и S_1'= S₂ по этим данным мы можем узнать температуру и энтропию. В точке 3 у нас стало известна температура и давление Р₂= Р_{3 ,} Т₂= Т_3, S₃= _, H₃= _. В точке 4 у нас известно давление и энтропия Р₁= Р_4, S₃= S₄, а энтальпию H₄ и температуру Т₄ определим по известным нам параметрам в программе «Диаграмма воды и водяного пара v2.4».

В точке 2д у наc известна температура и давление, а энтропию и энтальпию вычислим по формуле.

В точке 1отд у нас известны давление Р_1отд=1,0026 МПа и энтальпия H_1отд, которую мы находим по формуле

=

По этим данным мы можем узнать температуру Т_1отд , энтропию S_1отд и степень сухости X_1отд в программе «Диаграмма воды и водяного пара v2.4».

По известной температуре Т_2пв= Т_2от =105 ^оС можем определить давление из «Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара (Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температуре))» Р_2от=P(Т_2от) и S_2от=S₁, по известному давлению Р_2от и энтропии S_2от можем определить энтропию H_2от и степень сухости X_2от Это можно сделать в программе «Диаграмма воды и водяного пара v2.4». В точке 2отд у нас известны давление Р_2отд и энтальпия H_2отд которую мы находим по формуле

По этим данным мы можем узнать температуру Т_2отд , энтропию S_2отд и степень сухости X_2отд в программе «Диаграмма воды и водяного пара v2.4».

По известному давлению Р₁= Р_1пв=12МПа и температуре Т_1пв=180 ^оС можем определить энтропию S_1пв и энтальпию H_1пв Это можно сделать в программе «Диаграмма воды и водяного пара v2.4». Так же по известному давлению Р₁= Р_2пв=12МПа и температуре Т_2пв=105 ^оС можем определить энтропию S_2пв и энтальпию H_2пв.

Электрическая энергия вырабатывается на конденсационной турбине типа «К» и котельную, вырабатывающую пар или горячую воду.

Составим схему конденсационной электростанции с двумя регенеративными подогревателями(РППВ), схема изображена на рис.2.

Рис. 2 Схема конденсационной установки (КЭС)

1. Котел

2. Пароперегреватель

3. Турбина

4. Конденсатор

5. Конденсационный насос

6. Регенеративный подогреватель питательной воды №1(РППВ1)

7. Регенеративный подогреватель питательной воды №2(РППВ2)

Найдем долю отбора пара из уравнений теплового баланса:

Найдем долю отбора пара из баланса уравнений:

Найдем работу турбины:

Найдем термический КПД установки:

Найдем абсолютный (внутренний) КПД:

Найдем удельный расход пара на турбину:

Найдем полный расход пара на турбину в единицу времени:

Найдем расход топлива на ПТУ в единицу времени для выработки электрической энергии (в конденсационном режиме):

Вычислим годовой расход топлива на конденсационную электростанцию:

Рассчитаем котельную для выработки тепловой энергии.

Рис. 3 Схема котельной установки

По заданной температуре определим параметры на лини насыщения со стороны пара:

Пар конденсируется до . По этой температуре определим параметры на линии насыщения со стороны воды:

,

Определим удельный расход пара на выработку единицы тепловой энергии:

Расход пара тепловому потребителю:

Определим расход топлива в единицу времени для выработки тепловой энергии:

Расход топлива на котельную за год:

Рассчитаем коэффициент использования топлива для КЭС и котельной.

Вычислим расход топлива в год при раздельной выработке энергии:

Определим количество тепловой энергии, отпущенной потребителю за год:

Определим количество электрической энергии, отпущенной потребителю за год:

Коэффициент использования топлива:

3. Комбинированный способ выработки электрической и тепловой энергии

При таком способе выработки используется турбина типа «ПТ» с двумя отборами на регенеративный подогрев питательной воды и одним производственным отбором.

Таблица 2 Параметры рабочего тела в характерных точках

Рис. 4 Цикл в диаграмме Ts

Рис. 5 Схема комбинированной установки

Рассчитаем комбинированную схему выработки электрической и тепловой энергии.

По заданной температуре определим параметры на лини насыщения со стороны пара:

Пар конденсируется до . По этой температуре определим параметры на линии насыщения со стороны воды:

,

Долю отбора пара выразим из уравнений:

Приравняем две формулы:

и

Получим:

Найдем работу турбины:

Найдем удельный расход пара на турбину:

Найдем общий расход пара на турбину:

Найдем термический КПД установки:

Найдем абсолютный (внутренний) КПД:

Найдем КПД электростанции:

Найдем удельный расход топлива:

Найдем расход топлива в год:

Расход топлива в режиме теплофикации:

Расход топлива в режиме КЭС:

Выработка электроэнергии за год:

Найдем коэффициент использования топлива:

Количество теплоты, отданное внешнему потребителю:

Заключение

При анализе сравнения эффективности установок с раздельной и комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии выяснилось, что при раздельном производстве энергии коэффициент использования топлива больше, это объясняется тем, что в течении года комбинированная турбина работает всего 5000 часов, а оставшееся время работает в конденсационном режиме, а так как внутренний относительный КПД конденсационной турбины больше чем теплофикационной , то в среднем за год коэффициент использования топлива при раздельном способе становится больше, чем при комбинированном.

Список использованных источников

1. В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейндлин «Техническая термодинамика»: Учебник для вузов. 4-е издание, перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1983г.

2. Сборник задач по технической термодинамике: Учебное пособие С 232/ Т.Н. Андрианова, Б.В. Дзампов, В.Н. Зубарев, С.А. Ремизов, Н.Я. Филатов. 4-е изд., перераб. И доп.-М.: Издательство МЭИ, 2000. - 356 с.: ил.

3. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. Рек. Гос. Службой стандартных справочных данных. ГСССД Р- 776-98.- 2-е изд., стереот. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006-168 с.; ил.

Размещено на Allbest.ru